淺談千陽(yáng)縣小型水電站并網(wǎng)后無(wú)功不足

任治富 張 華

（1.千陽(yáng)縣崔家頭水廠 陜西 千陽(yáng) 721100；2.千陽(yáng)縣水溝供水站 陜西 千陽(yáng) 721100）

1 千陽(yáng)縣寇家河水電站工程概況與無(wú)功不足現(xiàn)狀

千陽(yáng)縣位于渭北旱塬西部丘陵溝壑區(qū)，在寶雞市以北37km處，寇家河水電站修建于千河干流上，因其就地就河建站、無(wú)需超高壓遠(yuǎn)距離輸送就地上網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)、建成后并入大電網(wǎng)10kV級(jí)饋路運(yùn)行的小型水電站，全站有四處機(jī)組，裝機(jī)1000kW?？芗液铀娬驹瓩C(jī)組配用變壓器是以機(jī)組設(shè)計(jì)出力在功率因數(shù)0.8時(shí)選型的，經(jīng)過(guò)改造投入電容，配主變?yōu)?80kv.a，機(jī)組設(shè)計(jì)保證出力145kW，按功率因數(shù)0.8要求，上網(wǎng)無(wú)功達(dá)到109kW，同時(shí)因其電源點(diǎn)分散，負(fù)荷分散，結(jié)算電量只能按照功率因數(shù)0.8考核計(jì)費(fèi)，每月有幾萬(wàn)kW·t有功電量不予結(jié)算，經(jīng)濟(jì)損失數(shù)千元，這樣就造成電站無(wú)功出力不足現(xiàn)象，因此研究電站無(wú)功不足原因和解決措施成為該電站安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 寇家河水電站無(wú)功不足原因分析

2.1 設(shè)備使用不當(dāng)是造成該站無(wú)功不足的根本原因

升壓變壓器選用不當(dāng)。以降壓變壓器作升壓變壓器使用，這時(shí)有可能使發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓要升高到1.1～1.15倍左右的額定電壓才能并網(wǎng)發(fā)電。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓升高，因而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)值也隨之升高，功率因數(shù)上升，從而也就限制了無(wú)功的輸出；發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)容量不足。當(dāng)機(jī)端電壓達(dá)到1.05Ue時(shí)，定子鐵芯已經(jīng)飽和，在電樞反應(yīng)去磁作用下，需勵(lì)磁電流加大，增加勵(lì)磁電流無(wú)功出力和機(jī)端電壓雖然稍有增加，但發(fā)熱嚴(yán)重，限制了勵(lì)磁調(diào)節(jié)，也就限制了無(wú)功輸出。向電網(wǎng)發(fā)無(wú)功，必然影響有功的輸出，人為地將勵(lì)磁調(diào)至最小，造成發(fā)電機(jī)在“欠勵(lì)磁”狀態(tài)下運(yùn)行，加重電網(wǎng)中的無(wú)功負(fù)擔(dān)，造成不應(yīng)有的有功損耗；小型水電站并網(wǎng)后饋路線路長(zhǎng)20km，饋路線徑小，負(fù)荷不能就地平衡，若在用電高峰時(shí)，母線電壓在420V以上，超出發(fā)電機(jī)額定電壓400V數(shù)值，又加之該電站三臺(tái)幾組都是硅整流勵(lì)磁型式。在母線電壓高于額定值運(yùn)行，將超出其設(shè)計(jì)工作點(diǎn)，若提高勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁電流又超額運(yùn)行又不安全,所以說(shuō)勵(lì)磁裝置調(diào)整不恰當(dāng)，致使發(fā)電機(jī)電壓外特性調(diào)差系數(shù)不合適，從而導(dǎo)致并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間所負(fù)擔(dān)無(wú)功功率分配不合理；設(shè)計(jì)單機(jī)容量小，保護(hù)簡(jiǎn)單，在饋路分段熔絲熔斷一相的情況下，有時(shí)不能脫扣，造成發(fā)電機(jī)缺相運(yùn)行，此時(shí)電容若投運(yùn)，三相無(wú)功補(bǔ)償平衡將被打亂，不僅能嚴(yán)重影響電容器壽命，也導(dǎo)致電機(jī)的正常使用壽命。

2.2 管理與政策因素是導(dǎo)致該電站無(wú)功不足的間接原因

根據(jù)政策，目前收購(gòu)的上網(wǎng)電在計(jì)量計(jì)費(fèi)點(diǎn)，按功率因數(shù)等于0.8計(jì)算，即1 kW·h有功配0.75 kvarh無(wú)功收購(gòu)，并按欠3 kvarh扣除1 kW·h有功。雖然這樣，對(duì)于寇家河這種徑流式小水電站，在豐水期，為了盡量減少棄水，搶發(fā)有功，減發(fā)無(wú)功，寧可扣除部分電費(fèi)，造成發(fā)無(wú)功不足的現(xiàn)象；又現(xiàn)行售電量結(jié)算辦法是扣除變壓器鐵損持計(jì)算，因鐵損數(shù)遠(yuǎn)大于銅損數(shù)扣除變壓器鐵損之后，無(wú)功電量就難以滿足結(jié)算的要求，售電結(jié)算時(shí)就損失四千到五千元?？梢娍鄢儔浩麒F損，勢(shì)必就要使電站降低功率因數(shù)運(yùn)行，顯然是不經(jīng)濟(jì)合理的。

3 針對(duì)寇家河水電站無(wú)功出力不足應(yīng)采取的措施

3.1 改善勵(lì)磁條件

采用改善勵(lì)磁條件，增大勵(lì)磁電流的方法是改善上網(wǎng)電量和供電質(zhì)量的重要條件，對(duì)于勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組，運(yùn)行時(shí)其功率因數(shù)一般可以達(dá)到0.8額定值，只需補(bǔ)償變壓器的鐵損。對(duì)于自勵(lì)恒壓硅整流勵(lì)磁的機(jī)組，運(yùn)行時(shí)其母線電壓若高于400V且機(jī)組滿載時(shí)，功率因數(shù)一般高于0.8。所以必須視機(jī)組具體情況確定補(bǔ)償容量。在實(shí)際投運(yùn)時(shí)，因受母線電壓、室溫變化等影響，只能在允許情況下間斷投運(yùn)。故確定補(bǔ)償容量時(shí)，應(yīng)先滿足抵消變壓器鐵損，再增加一到二倍的電容量，并分裝成二到三組靈活投運(yùn)。

3.2 改變主變壓器變壓比及調(diào)壓范圍

這是有效改善水電站無(wú)功上網(wǎng)電量不足的有效措施，也是增大無(wú)功上網(wǎng)電量的有效途徑之一。利用廢舊機(jī)組做調(diào)相運(yùn)行，對(duì)寇家河原機(jī)組準(zhǔn)備報(bào)廢一套75kW水輪機(jī)，改建時(shí)未拆除，經(jīng)修復(fù)，在水量有余的情況下，投入調(diào)相運(yùn)行，每月可發(fā)無(wú)功2萬(wàn)kW·h左右，在千河干流水量余度不大時(shí)，就無(wú)法投入運(yùn)行。將升壓變壓器的分接頭調(diào)到10.5/0.4千伏檔，母線電壓有所降低，但在全站開機(jī)滿發(fā)上網(wǎng)，且用電低谷時(shí)，電壓仍在430V以上，無(wú)功還是不足。

3.3 增設(shè)電力電容

增設(shè)電力電容是有效補(bǔ)償無(wú)功電量不足的途徑，用電容器補(bǔ)償無(wú)功，為了抵消變壓器鐵損，在電網(wǎng)電壓較低時(shí)，增發(fā)無(wú)功,在技改時(shí)購(gòu)置了BW-0.4-16-3型電容器64kW，允許在不超過(guò)1.1倍額定電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行，安裝在無(wú)功最欠的幾組投運(yùn)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)電壓高于430V時(shí)退出投運(yùn)。當(dāng)月投運(yùn)200多·h，增發(fā)無(wú)功 1萬(wàn)余 kW·h，取得了明顯的效益。隨后，裝了64kW電容器，經(jīng)過(guò)兩年多的投運(yùn)實(shí)驗(yàn)，證明其操作方便，后送到電容器廠經(jīng)測(cè)試一切指標(biāo)均合格，說(shuō)明其比較耐用。隨之給幾個(gè)機(jī)組各裝了56kW電容器，這樣全站每月可增發(fā)無(wú)功電量達(dá)到5萬(wàn)kW·h以上，但母線電壓高，不能全天投運(yùn)，限制了效益的進(jìn)一步發(fā)揮。曾準(zhǔn)備將11±5%/0.4kV的升壓變壓器替換為10±5%/0.4kV配電變壓器，但考慮到饋路電壓過(guò)高，對(duì)沿途用戶用電不利，也不符合規(guī)范要求。為此建議電力部門調(diào)整饋路電壓，沿途增加負(fù)荷。同時(shí)寇家河水電站變電所檢修時(shí)將主變分接頭調(diào)到高變比檔，并調(diào)整負(fù)荷。電站母線電壓基本恢復(fù)正常，電容可以全天投運(yùn)，補(bǔ)償效果大增，這樣以來(lái)連續(xù)創(chuàng)結(jié)算電量最高記錄，當(dāng)月結(jié)算42萬(wàn)kW·h，第二月結(jié)算48kW·h，增發(fā)無(wú)功近20萬(wàn)kW·h，并充分利用上游隴縣段家俠電站投運(yùn)后的水庫(kù)調(diào)節(jié)水量，多發(fā)有功電量，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 對(duì)其運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)

針對(duì)變壓器熔絲常爆，可用感抗為容抗6%的電抗器抑制，切斷時(shí)過(guò)電壓有放電聲，采用氧化鋅避雷器保護(hù)電容器，選用耐壓525V的電容器；對(duì)母線過(guò)電壓時(shí)，完善過(guò)電壓保護(hù)，操作過(guò)電壓可用低壓避雷器消除，饋路缺相運(yùn)行后，由于過(guò)補(bǔ)償產(chǎn)生過(guò)電壓，此時(shí)應(yīng)立即使電容器退出運(yùn)行，為此應(yīng)增加一套過(guò)電壓自動(dòng)保護(hù)裝置；合閘涌流用電抗器抑制，感抗值6%即可，更換電容器時(shí)選用BW0.525-16-3型產(chǎn)品，更新變壓器時(shí)選用SLj7系列有載調(diào)壓低損耗變壓器，將更有利于電站設(shè)備安全運(yùn)行和靈活掌握，進(jìn)行合理補(bǔ)償。

3.5 以電容器補(bǔ)償無(wú)功為主，克服了結(jié)算無(wú)功不足的問(wèn)題

采用電容器補(bǔ)償前，電站發(fā)有功為885120kW·h，發(fā)無(wú)功為282170kW·h，累計(jì)運(yùn)行8013小時(shí)，平均發(fā)有功110.461kW·h，配發(fā)無(wú)功35.214kW·h，結(jié)算售電情況見下表。采用電容器補(bǔ)償后，工共運(yùn)行7243h，發(fā)有功793860kW·h，發(fā)無(wú)功 551940kW·h，平均發(fā)有功109.6kW配發(fā)了無(wú)功76.2kW，無(wú)功是補(bǔ)償前的2.16倍，售電結(jié)算情況見表1。

和補(bǔ)償前相比，平均每月少損失1222.01元，年增加經(jīng)濟(jì)收入14664.12元。在實(shí)驗(yàn)補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上增加了140kW電容器，調(diào)整了饋路電壓及負(fù)荷，無(wú)功基本滿足結(jié)算售電要求，半年內(nèi)共發(fā)電有功222.32萬(wàn)kW·h?？鄢儔浩鲹p耗及廠用電后，結(jié)算售電216.96萬(wàn)kW·h，不予結(jié)算的有功僅5899kW·h，損失極少，而當(dāng)另一個(gè)機(jī)組投運(yùn)了半年，一個(gè)機(jī)組停機(jī)改建的情況下，全年全站實(shí)發(fā)電283.821萬(wàn)kW·h，結(jié)算售電257.077萬(wàn)kW·h，不予結(jié)算的有功電量達(dá)26.4萬(wàn)kW·h，損失13206元。若全部機(jī)組投運(yùn)，損失更大，可見無(wú)功補(bǔ)償效益顯著。

表1 售電結(jié)算表

4 結(jié)論

小水電站無(wú)功上網(wǎng)電量不足，不僅可通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，增加設(shè)備無(wú)功電量，同時(shí)通過(guò)政策因素和管理措施，對(duì)水電站無(wú)功電量的進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)考核，以此改善電網(wǎng)功率因數(shù)、降低電網(wǎng)電能損失，提高電氣設(shè)備運(yùn)行效率，為構(gòu)建節(jié)約、和諧、生態(tài)、環(huán)保型社會(huì)將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。